一种基于恒离焦控制的成形砂轮激光高效整形方法技术

本发明专利技术公开了一种基于恒离焦控制的成形砂轮激光高效整形方法，在加工过程中结合视觉监测砂轮实际廓形线，通过间断式、自适应设计激光束扫描轨迹线，使得激光束每次沿轨迹线扫描时其离焦量保持恒定，实现恒离焦激光整形，解决了现有激光整形技术中离焦量大幅波动的难题，提高了成形砂轮激光整形效率。同时，在自适应设计激光扫描轨迹线过程中加入了切深验证算法，防止砂轮材料被激光束过量切除，保证了成形砂轮激光整形精度。了成形砂轮激光整形精度。了成形砂轮激光整形精度。

An efficient laser shaping method of forming grinding wheel based on constant defocus control

【技术实现步骤摘要】
一种基于恒离焦控制的成形砂轮激光高效整形方法


[0001]本专利技术属于激光修整
，具体地说，涉及一种基于恒离焦控制的成形砂轮激光高效整形方法。

技术介绍

[0002]超硬磨料砂轮作为光学玻璃、硬质合金、陶瓷等材料磨削加工的工具，其磨削性能优异，但由于其硬度极高，结合剂把持力大，成形修整非常困难。
[0003]超硬磨料砂轮修整方法主要分为机械修整法、电火花修整法以及脉冲激光修整法等，激光修整法是利用高功率的短脉冲激光不断辐照运动旋转的砂轮表面，其表面材料被高能量的激光束所蒸发汽化去除，以使砂轮重新获得理想的微观形貌与宏观轮廓。
[0004]砂轮激光修整可分为整形与修锐两个阶段，整形时要求激光束高效地去除砂轮表面多余材料，获得一定的形状精度。修锐时要求激光束能选择性地去除砂轮表面的结合剂材料，留下磨粒并获得一定的出刃高度，才能让砂轮获得锋利的“刀尖”与足够的容屑空间。图1为圆弧形砂轮切向激光整形加工示意图，目前采用较多的是基于单层大切深、间断式进给的修整方法，即修整前先保证激光扫描轨迹线与砂轮整形后的理想廓形线重合，修整时激光束往复扫描并沿进给线间断式进给。由于激光高斯光束存在焦深特性，这种采用与砂轮理想廓形线完全相同的激光扫描轨迹线加工时，单次扫描内砂轮表面激光辐照光斑的高度位置与面积总是呈现出周期性的变化，单次扫描内激光辐照位置的离焦量发生改变、光斑能量密度发生变化、材料去除速率发生周期性变化，激光修整速率难以维持较高水平，修整效率低。
[0005]因此，针对成形砂轮激光修整，目前的方法难以做到恒离焦的高效率整形。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于提供一种成形砂轮高效率激光整形的方法，以克服单次扫描内离焦量变化的影响，通过整形过程中自适应优化激光扫描轨迹的方法实现砂轮恒离焦激光整形，解决目前成形砂轮激光整形效率低的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提出了在加工过程中结合视觉监测砂轮实际廓形线，并在加工过程中通过间断地自适应设计激光束扫描轨迹线使得单次扫描内激光离焦量参数恒定，实现砂轮恒离焦激光整形，从而达到高效率修整的一种方法。具体为：
[0008]一种基于恒离焦控制的成形砂轮激光高效整形方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1、建立基面坐标系：在水平面内建立砂轮基面坐标系xoy。
[0010]步骤2、获取砂轮实际廓形线：使用CCD相机在基面内采集砂轮实际廓形线截面图并获取基面内的实际廓形线各点坐标。
[0011]步骤3、建立激光扫描平面坐标系：建立与基面相平行的激光扫描平面xo
′
y坐标系，后续步骤中在该平面内拟合出激光扫描轨迹线。
[0012]步骤4、确定激光扫描轨迹点：计算处于激光扫描平面内所有激光扫描轨迹点的坐
标值P
i
′
(x
i
，y
i
)，(i＝1，2，3...n)
[0013]步骤5、拟合激光扫描轨迹线：对激光扫描轨迹点P
i
′
(x
i
，y
i
)；(i＝1，2，3...n)，进行最小二乘法二次曲线拟合，获得激光扫描轨迹线1。得到用于单次恒离焦加工的激光扫描轨迹线。
[0014]步骤6、扫描轨迹线切深验证：为防止激光束过量切除材料，将基面内砂轮实际廓形线与理想廓形线进行对比，保留切深大于零的加工区段。
[0015]采用上述技术方案后，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。
[0016]1、高效率整形：本专利技术得到的激光扫描轨迹线，其轨迹线中各点在同一高度的平面内且均在当前砂轮的表面上，实现恒离焦高效率加工，提高了砂轮激光整形的速率。
[0017]2、自动化激光修整：本专利技术所提供的方法可实现砂轮激光整形过程中激光扫描轨迹线自适应优化，无需人工再次调整，实现自动化激光修整。
[0018]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
[0019]附图作为本申请的一部分，用来提供对本专利技术的进一步的理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
[0020]图1是圆弧形砂轮激光整形示意图。
[0021]图2是坐标系示意图，其中基面内的曲线m为砂轮实际廓形线；n为砂轮理想廓形线，即修整完成之后的砂轮廓形。
[0022]图3是扫描轨迹线示意图，其中实际廓形线m1为过O
′
X轴的砂轮轴截面与砂轮表面的交线；m2为m1绕O
′
X轴旋转至xo
′
y面内所得曲线，其各点的横纵坐标与基面内砂轮实际廓形线m等同；1为激光扫描轨迹线，即激光扫描平面与砂轮表面的交线。
[0023]图4是激光扫描轨迹点坐标计算图
[0024]图5是激光扫描轨迹线拟合图，其中，1为激光扫描轨迹线。
[0025]图6是激光扫描轨迹线切深验证图。
[0026]需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本专利技术的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本专利技术的概念。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0028]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0029]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相
连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0030]实施例1
[0031]如图1至图6所示，本实施例所述一种基于恒离焦控制的成形砂轮激光高效整形方法，包括以下步骤：
[0032]步骤1、建立基面坐标系：如图2所示，以平行于水平面的砂轮轴截面为基面，在基面内建立基面坐标系xoy。
[0033]该步骤中xoy为基面内的平面直角坐标系，其中，O为基面内砂轮理想廓形线n上的径向距离最短点，OX轴平行于砂轮旋转轴线，O
‑
xyz为空间直角坐标系，取竖直向上为Z轴正方向，远离砂轮中心的方向为Y轴正向。
[0034]步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于恒离焦控制的成形砂轮激光高效整形方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立基面坐标系：以平行于水平面的砂轮轴截面为基面，在基面内建立基面坐标系xoy；该步骤中xoy为基面内的平面直角坐标系，其中，O为基面内砂轮理想廓形线n上的径向距离最短点，OX轴平行于砂轮旋转轴线，O
‑
xyz为空间直角坐标系，取竖直向上为Z轴正方向，远离砂轮中心的方向为Y轴正向；步骤2、获取砂轮实际廓形线：使用CCD相机在基面内采集砂轮实际廓形线截面图并获取基面内的实际廓形线各点坐标；步骤3、建立激光扫描平面坐标系：将OX轴沿Z轴正向平移，直至与砂轮实际廓形线m上的径向距离最短点相交，令平移后的O点为O
′
，以O
′
为原点，O
′
X为横轴在水平面内建立平面直角坐标系xo
′
y，设定此平面为激光扫描平面xo
′
y，后续步骤中在该平面内拟合出激光扫描轨迹线；步骤4、确定激光扫描轨迹点：对于砂轮实际廓形线m1上任意一点P，其在激光扫描平面xo
′
y内对应为激光扫描轨迹点P
′
，根据几何关系，确定并计算出激光扫描平面内P
′
点的坐标值；步骤5、拟合激光扫描轨迹线：重复步骤4获取xo
′
y面所有激光扫描轨迹点坐标P
i
′
(x
i
,y
i
)；(i＝1,2,3...n)，采用最小二乘法拟合二次曲线，获得激光扫描轨迹线l，得到用于单次恒离焦加工的激光扫描轨迹线；步骤6、扫描轨迹线切深验证：为防止激光束过量切除材料，需加入扫描轨迹线验证，将基面内砂轮实际廓形线与理想廓形线进行对比，保留切削深度大于零的加工区段进行高效率加工。2.根据权利要求1所述一种基于恒离焦控制的成形砂轮激光高效整形方法，其特征在于，步骤2中，获取砂轮实际廓形线具体过程：使用CCD相机在基面内采集砂轮实际廓形线m的各点坐标P
o1
′
(x1,y
m1
)，P
o2
′
(x2,y
m2
)，P
o3
′
(x3,y
m3
)...P
on
′
(x
n
,y
mn
)。3.根据权利要求1所述一种基于恒离焦控制的成形砂轮激光高效整形方法，其特征在于，步骤4中，激光扫描轨迹点的坐标计算过程如下：砂轮未加工前可测量获得的基本条件有砂轮理想半径NQ

【专利技术属性】
技术研发人员：邓辉，周晗平，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：